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面的见解,并反映了当时北宋的社会、政治、外交和军事状况,具有极高
的学术价值和历史价值。尤其是他关于科学技术的成就和贡献,大都记入
在《笔谈》中,使《笔谈》成为一部珍贵的科学典籍。
沈括一生的著述很多,惜大多亡佚。现存除《笔谈》外,尚有《长兴
集》、《良方》(收入《苏(轼)沈(括)良方》),以及一些佚亡著作的辑本。
沈括博学多才,《宋史》本传说他:“博学善文,于天文、方志、律
历、音乐、医药、卜算,无所不通,皆有所论著”,这个评价是中肯的。
即使就自然科学而言,沈括的贡献也是多学科性的,涉及广阔的领域。
1.天文学成就
沈括从治平三年起开始研究天文学,特别是在主持司天监工作期间,
更对历法和天文仪器进行了系统的研究。他在天文学领域做了大量的工
作,其突出的成就有二。
一是首倡“十二气历”。中国的传统历法是阴阳合历,在这样的历法
制度中,节气和月份的关系是不固定的,而节气对人们的生产和生活活动
有着很密切的关系,传统的农事活动更是一直按节气来安排的。为了使节
气和月份之间建立起稳定的关系,沈括提出了变革历法的大胆建议,制订
了一种称之为“十二气历”的崭新历法。十二气历是一种纯阳历制度。它
以立春为孟春(正月)初一,惊蜇为仲春(二月)初一,余类推;大月31 日,
小月30 日,一般大小月相间,一年最多有一次二个小月相连;在历书上加
注朔望,以表示月亮的圆缺。这一历法简单而实用,在历法史上堪称是一
个重大的革命性创新。但也正因为它是革命性的创新,否定了沿用已久的
阴阳历传统,因此是难以实行的。对此,沈括很是明了,他在《补笔谈》
卷二中说:“今此历论尤当取怪怒攻骂,然异时必有用予之说者”。19 世
纪英国气象局采用的肖伯纳历,其实质便与沈括的十二气历相似。
一是改进天文仪器。沈括在司天监所制的新仪器浑仪、浮漏和圭表,
都有重大的改进。
浑仪一直是中国传统的测量天体的仪器。在浑仪的发展过程中,出现
了一种趋向,即不断地增加浑仪的圆环数。这虽在天文观测上起过重要的
作用,但也带来了新的弊病。环数增加,使组装困难,势必造成仪器的中
心差,导致观测误差增大。同时环数越多,被遮蔽的天区也越多,造成若
干天区无法观测。此外,环数多了使用也很不方便。沈括针对浑仪的这些
弊病,进行改革。他首先取消了白道环,开了简化浑仪的先河,终于导致
元代郭守敬的简仪的出现。他又缩小了观测用窥管下孔的孔径,使人目能
更好地处于下孔的中心,提高观测的精确度。他还注意到仪器极轴的校正
问题,提高了仪器安装的精密度。
利用改进的新仪,沈括进行了连续三个月的观测,每夜观测3 次,共
绘制了200 余幅星图,从中得出了极星位置“离天极三度有余”的结论。
沈括新制的浮漏,能够利用漫流中表面张力的补偿作用,补偿水的粘
滞性随温度变化时对流量的影响,消除由此产生的计时误差,提高了计时
的准确性。他利用新制的浮漏,进行了长达10 余年的观测和研究,得到了
超越前人的见解,第一次从理论上推导出冬至日长度“百刻而有余”,夏
至日长度“不及百刻”的结果。
2.数学成就
沈括首创的除积术和会圆术,开辟了中国传统数学的新的研究方向。
隙积术是一种求解垛积问题的方法,属于高阶等差级数求和的问题。
沈括具体涉及到的有累棋、层坛和积罂等问题,他得出了正确的求解公式:
垛积体数目或体积
hh
da bc ( …a)
V隙=
b'(2b + ) + (2d + )' +
bc
其中a 和c 分别为垛积体上、下宽度,b 和d 分别为垛积体上、下长度,h
为垛积体的高度。后世杨辉(1261)、朱世杰(1303)在沈括的基础上,发展
了高阶等差级数求和方法,把其推广为更具普遍意义的“垛积术”。
会圆术是一种已知弓形的圆径和矢高,求弧长的问题。沈括推导出求
弓形弧长的近似公式:
2b2
dd
l =+ cc = 2
( )2 …( …b)2
d
22
其中l 为弧长,d 为直径,b 为矢高,c 为弦长。元代的王恂、郭守敬等人
在编修《授时历》时,就用此公式来计算黄道积度和时差。
3.物理学成就
在磁学方面,沈括在《笔谈》中指出,指南针是方家以磁石磨铁针,
使铁针磁化而成。他记述了当时指南针的四种装置方式,即水浮法、置指
甲上、置碗唇上、悬丝法,并比较了这四种方式的优劣,指出水浮多荡摇,
置指甲或碗唇上易坠落,以悬丝最善,表明他对这四种方式进行过观察和
实验。通过观察和实验,他发现磁针有指南的,也有指北的,指南的磁针
并不总是指南,而是常微偏东。这是关于指北针和地球磁偏角的最早明确
记载。
在光学方面,沈括进行了凹面镜成象的实验。通过实验,他指出凹面
镜照物,中间有一称为“碍”的地方,在此之内,照物得正象;在此点之
上,照物无所见;在此点之外,照物得倒象,表明他已发现了四面镜的焦
点。他还用小孔成象、细腰鼓、船上的橹担等常见事物,来形容凹面镜成
象现象,试图解释凹面镜成象原理。这些比拟虽不尽恰当,但反映了他勇
于探索自然现象的奥秘的精神。对凸面镜和平面镜,他也作过细致的观察
和研究,科学地解释了古人铸镜,镜大则平,镜小则凸的道理。他指出,
这是因为镜面凸,所照人面缩小,故镜面虽小而能全纳入面。如镜面凹,
则所照人面放大,镜小了就不能全观人面。为了说明月亮的盈亏现象,他
特意作了模拟实验。他用一个弹丸,在其表面上一半涂白粉,这样“侧视
之则粉处如钩,对视之则正圆”,从而形象地演示了月亮的盈亏现象,具
有很强的说服力。
在声学方面,沈括进行了声音共振实验。他用纸剪一个人,放在琴瑟
的基音弦线上,拔动相应的泛音弦,则小人就会跳动;而拔动其他弦,
则纸人不动。西方类似的实验,直至17 世纪方出现。
此外,沈括对海市蜃楼、虹、雷电、乐律等,也都进行研究,并提出
了自己的见解。
4.地学成就
沈括曾考察过“峭拔险怪,上耸千尺,穹崖巨谷”的雁荡山地貌,提
出了流水侵蚀作用的成因说,“原其理,当是为谷中大水冲激,沙土尽去,
唯巨石岿然挺立耳”。对于中国西部黄土地区“立土动及百尺,迥然耸立”
的地貌特征,他也提出了是流水侵蚀作用所造成的。在河北,他考察过太
行山,发现山崖之间往往衔着蚌壳化石,在石壁上横亘如带,由此他推断
这里曾经是海滨,并进而推断华北大平原是泥沙淤积而成的,正确地解释
了华北平原的成因。沈括的这些见解,在地貌学史上具有相当的意义。
在地图学方面,沈括也有出色的贡献。他在视察河北边防时,非常留
意当地的地形、地貌,并用木屑、面糊堆捏地形,后因天寒又改用熔蜡制
作,以反映当地的山川道路等地形地物。这种立体地形模型,既真切又便
于携带,归至官所后,他又复制为木刻立体地形图。这一制图方法当即受
到重视和推广,“边州皆为木图,藏于内府”,为国家的军事管理提供了
有力的工具。后来,他又花费12 年的心血,“遍稽宇内之书,参更四方之
论。该备六体,略稽前世之旧闻;离合九州,兼收古人之余意”,绘制《守
令图》20 轴,包括总图大小各1 轴,分路图18 轴。在绘制这些地图时,
他继承和发展了传统的制图六体绘图方法,把以往的8 个方位扩展到24
个方位,并特别注意水平直线距离的测量,提高了地图制作的精确度。
在水利方面,他也做了大量的工作。以往人们大都认为宁国县(今安徽
宁国)万春圩是沈括所主持修复的,近有学者据《四部丛刊》三编本影印的
《长兴集》指出,万春圩乃沈括之兄沈披所修,而非沈括。但不管沈括是
否修过万春圩,他对水利科学的造诣是人们一致肯定和赞扬的。他在入仕
初期即整治沭水,后来又大力支持治汴工程和两浙水利工程。而其在水利
科学方面的最突出贡献,是他于1072 年视察汴河工程时,发明了分段筑
堰,逐段测量的方法。用这个方法,他测得汴河从汴京上善门起,经过840
里,至泗州(今江苏泗洪东南)淮河口,水位高低相差194。86 尺。这一测量
方法,在当时的世界上是相当先进的。
5.医药学成就
沈括一生对医药学非常重视,做了大量的工作。特别是对药物学,他
倾注了大量的心血,做出了重要的贡献。他根据实物,对药物名称所存在
的一物多名或多物一名的问题,进行了细致的证同辨异的工作,校正了许
多前人认识上的错误。在药物的采收和使用方面,他也纠正了前人的不少
谬误。他十分注意对验方的收集和整理,并以“必目睹其验”,“闻不予
焉”的审慎态度,编著了《良方》一书。在《良方》中所记述的“秋石方”,
是现知最早的关于提取荷尔蒙的记载,受到国内外学术界的高度评价。
除了沈括通过自己的研究所取得的科学成就外,他在《笔谈》中还记
述了当时一系列重大的科学成就。如毕■发明的泥活字印刷术,喻皓的《木
经》,信州(今江西上饶)的湿法炼铜法——胆铜法,延州的用石油烟制墨,
水工高超的巧合龙门的三节压埽法,青堂羌族人民的冷锻铁甲法等等,都
是这些创造发明的唯一或难得记载,成为人们了解当时科学发明的极其珍
贵的历史资料。可以说,如果没有沈括的记述,不少发明将被历史所湮没,
而不为后人知晓。这些记录,不能不说是沈括的一大贡献。
沈括在思想上受到孟子“仁政”思想的深刻影响。因此,他与王安石
旨在兴利除弊、富国强兵的变法主张,在思想上有着强烈的共鸣和广泛的
一致。这也正是他积极支持和参与王安石变法的思想基础。在沈括的官宦
生涯中,他的所作所为始终贯彻着这一思想,并为此奋斗了一生。例如,
在初入宦途时,他即同情百姓的疾苦,革除不合理的弊政;他在察访两浙
时,曾立两浙敛散法,募饥民兴修常、润等州水利;在任职三司时,他曾
上书奏请免征两浙下户免役钱,以及改革盐钞弊政等等。这些,都反映了
他忧国忧民,关注富国强兵的鲜明思想特征。
为了兴利除弊,富国强兵,沈括不论是任地方官吏,或是任中央政府
官员,或是外交出使,或是任边疆统帅,他都是克尽职守,兢兢业业,任
劳任怨,表现了对工作认真负责的精神。因此,他一生政绩斐然,所在之
处,都得到人们的好评和赞赏。
沈括一贯支持王安石变法,虽然王安石曾对他一度产生误会,并罢过
他的官,但他从未抱怨,对王安石始终抱着崇敬的心情。即使王安石变法
失败,被罢官后,他对王安石也仍然是敬重的,体现了他为人忠厚、宽容
的品质。
沈活一生好学,从他的著作中可以看到,他博览群书,广泛地吸取了
前人的知识。除书本知识外,他还非常注意向同时代的各类人士求学。例
如,据林灵素的《苏沈内翰良方序》中记载,沈括在学医过程中,“凡所
至之处,莫不探究,或医师,或里巷,或小人,以至士大夫之家,山林隐
者,无不访求”。在广泛吸取前人知识的基础上,他又勇于探讨新的问题,
提出自己的新见解。因此,他能把自己造就成为一个博学多才的学者,在
学术上取得辉煌的成就。除自然科学方面的贡献外,他在社会科学和人文
科学方面也都有重大的成就,其成就涉及到社会、经济、历史、外交、军
事、考古、音律、绘画、书法、诗词等等学术领域,堪称当时百科全书式
的学者。这些学术成就,充分反映了沈括勤奋好学,而又锐意进取的治学
精神。当然,沈括所取得的科学和学术成就,是与他所具有的科学思想和
科学方法分不开的。在这方面,他也有过人之处。
沈括很重视对事物的观察。在他宦游所经的地方,他都着意对当地的
自然环境和人情物理认真地考察,并作了详细的记录。并且,他又不是仅
仅停留在对事物表面了解的认识水平上,而是进而探索、研究事物表面现
象所蕴涵的深奥秘密。他在《长兴集》卷32 中曾这样说过,“耳目能受而
不能择,择之者,心也”,他认为“从耳目口体而役其心者,小人之道也”,
这可说是他认识论思想的真切写照,他一生为学也正是依此进行的。例如,
他从雁荡山和黄土地貌的特有现象中,推断出流水侵蚀的地貌成因说;从
太行山上的海生动物化石,提出了海陆变迁说;以及他对日月五星运行的
认识等,都是在此认识论的指导下得到的。
沈括又很重视科学的实验和验证。他关于凹、凸面镜的成象特点的认
识;关于声音共振的认识;关于指南针装置方式的认识;关于磁偏角的发
现;关于磁针有指南,也有指北的发现;关于月亮盈亏现象的认识等等,
都是通过实验得到的。而他在《良方》中的记述,都经过他亲身的验证。
又如,为了驳斥海潮是“日出没所激而成”的错误认识,他曾“在海上候
之”,以“考其行节”;为了验证“虹能入溪涧饮水”的问题,他曾“扣
涧观之”,发现虹两头入水,并进而发现“背日则见虹,向日则无所睹”。
可以说,沈括的许多科学成就都是通过实验和验证获得的。
沈括还具有实事求是的科学精神和谦虚谨慎的治学态度。对于他所观
察到的一些事物的现象,经过探研后若无能窥知其产生的原因,他就只是
作了如实的记录,并注明不知之所以产生的道理。例如,他记述了磁针有
指南,也有指北的之后,便说,“理应有异,未深考耳”,“莫可原其理”;
他记述了透光镜,只说“意古人别自有术”。对于他自己的一些见解,他
也都是在记述事实之后,注明是自己的推测或猜测。尽管这些推测或猜测
现在看来有的并不正确,但这种严谨的治学态度,是值得赞赏的。
文献
原始文献
'l'(宋)沈括:梦溪笔谈,胡道静校注本,上海古籍出版社, 1987。
'2'(宋)沈括:长兴集,《四部丛刊》三编本,1929。
'3'(宋)沈括:苏沈良方,文渊阁《四库全书》本,台湾商务印书馆影
印,1986。
'4'(宋)沈括:浑仪议、浮漏议、景表议,见《宋史·天文志》,中华
书局,1977。
'5'(元)脱脱等:宋史·沈括传,中华书局,1977。
研究文献
'6'张家驹:沈括,上海人民出版社,1978。
'7'杭州大学宋史研究室:沈括研究,浙江人民出版社,1985。
毕■
韩琦
毕■籍贯、生卒年不详,活动于北宋庆历年间(1041—1048 年)。
活字印刷术。
毕■是世界上第一个发明活字印刷术的人。关于他的生平和籍贯,由
于史籍没有记载,已无从查考,只知道他没有做过官,是一个“布衣”。
毕■生活在雕板印刷全盛的宋代,为了弥补雕板印刷的缺点,他发明
了活字印刷术。他的方法虽然原始简单,但与现在盛行的铅字排印的基本
原理完全相同。
他用胶泥刻字,一个字,一个印(与现代铅印的铅字类似),用火烧,
使活字陶化变硬。先预备好一块铁板,铁板上面放着松香、蜡、纸灰等,
铁板四周围着一个铁框,在铁框内密密地摆满字印,满一铁板为一板,拿
到火上去热,药就熔化,用一平板把字压平就可开始印刷。为提高效率,
用两块铁板,一板印刷,另一板又排字,这块板印完,第二块又准备好了,
这样互相交替着用,印得很快,每一个单字,都有好几个印,像“之”、
“也”等常用字,则刻得更多,以备一板内重复时用。至于没有预备的冷
僻生字,则临时写刻,用草火马上烧成。把字印按照韵目分类,安放在木
格子里。根据毕■的试验,只印三两本显不出便利,若印数百、数千部、
则极为神速。我们不知道毕■用泥活字印过什么书,他的泥活字也没有传
下来。现在所知第一部用泥活字印的书是《玉堂杂记》,是南宋文人周必
大仿照毕■遗法自印的。元代杨古也用泥活字印过朱子《小学》、《近思
录》等。清代安徽泾县一位教书先生瞿金生,也仿效毕■的方法,费了30
年心血,做成坚如牛角的泥活字10 万多个,印成《泥版试印初编》等五部
书,他的泥活字现在尚存。1850 年,外国人在中国也试制�